MOS管的沟道长度,沟道长度调制效应-KIA MOS管

MOS管的沟道长度

MOS管的沟道长度是影响其性能和集成度的重要因素。mos管沟道的长度在一定程度上决定了芯片的频率和芯片的集成度。

从芯片集成度上看mos管沟道长度的意义

mos管的体积可以说是决定了IC芯片的集成度，显然沟道的长度就是影响mos管体积的重要因素，现在集成电路的功能越发复杂，这就要求在芯片上能够集成更多的电路，这使得芯片的沟道越来越小，例如所谓的7ns芯片，在这里7ns就是说的沟道长度。

芯片工艺中的光刻，光刻机的精度决定了能做到的沟道长度，这个技术是很难突破的，并且最重要的是这种重要的技术存在技术封锁，这是当下国家半导体行业的困局。

从芯片的频率上来看mos管沟道长度的意义

芯片的频率就是芯片性能最重要的指标之一，频率越快就意味着芯片的计算，存储越快。明显频率不是想设多快就设多快，它是受各种硬件的性能决定的，mos管沟道的长度就是其一。

从FET为例说，理论上GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。显然电容的充放电是需要时间的，这个时间就限制了频率的大小，同时这个时间跟mos管的尺寸有关。沟道越小、尺寸越小，频率就可以越快。

沟道长度调制效应

沟道长度调制效应是指MOS晶体管中，栅下沟道预夹断后、若继续增大Vds，夹断点会略向源极方向移动。导致夹断点到源极之间的沟道长度略有减小，有效沟道电阻也就略有减小，从而使更多电子自源极漂移到夹断点，导致在耗尽区漂移电子增多，使Id增大的效应。

以在加栅压Vgs且形成导电沟道的情况下的NMOSFET为例。若漏源电压Vds增大至不可忽略，沟道电压降增大直至Vgd=VT时，由于栅漏之间电压差降低，漏端附近反型层消失，称为沟道夹断。若继续增大Vds，夹断点将向源端移动，故"看起来"，有效沟道长度减小，称为沟道调制效应。

对于长沟器件而言，沟道变化长度△L远小于原沟道长度，即△L可忽略，但在集成电路特征尺寸逐渐缩小的今天，沟道调制效应带来的影响愈加不可忽视。

沟道长度调制效应是MOS晶体管中一个重要的物理现象，它发生在晶体管工作在饱和区时。当漏源电压（Vds）增大，导致实际的反型层沟道长度逐渐减小，这一现象被称为沟道长度调制效应。

具体来说，当MOS晶体管中的栅下沟道预夹断后，若继续增大Vds，夹断点会略向源极方向移动，导致夹断点到源极之间的沟道长度略有减小，有效沟道电阻也就略有减小。这一变化使得更多电子自源极漂移到夹断点，导致在耗尽区漂移电子增多，从而使漏极电流（Id）增大。这种效应是MOS结构的一个二级效应，对MOS晶体管的工作特性和性能有着重要影响。

沟道长度调制效应的影响在于，当漏源电压增加时，速度饱和点在从漏端向源端移动，使得漏源电流随漏源电压增加而增加。在饱和区，D和S之间电流源非理想，这是因为沟道长度是漏源电压的函数，导致漏极电流增加。这种效应在短沟道器件中尤为明显，因为短沟道器件的场强较大，速度饱和效应可能先于沟道夹断导致电流饱和。

此外，沟道长度调制效应还可以被用作放大器的有源负载，因为它能提供电流并能提供大的输出阻抗，实现较大增益。在仿真中，通过调整沟道长度和宽度参数，可以观察到沟道长度越短，输出电阻越小，做放大器的有源负载增益也会越小。这表明沟道长度调制效应不仅是一个物理现象，而且在实际应用中有着重要的工程意义。

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